與Arm搶市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)這家嵌入式CPU IP核供應(yīng)商沖刺科創(chuàng)板

嵌入式CPU是指嵌入在SoC芯片中負(fù)責(zé)控制信息處理和運(yùn)行軟件程序的IP核，為SoC芯片的控制和運(yùn)算核心，因?yàn)榧夹g(shù)實(shí)現(xiàn)難度高，長(zhǎng)期以來為國(guó)外龍頭企業(yè)所壟斷。

在嵌入式CPU IP授權(quán)領(lǐng)域，ARM占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位。根據(jù)ARM官網(wǎng)介紹，2018年全球基于ARM授權(quán)的芯片出貨量約為229億顆，2018年中國(guó)基于ARM授權(quán)的芯片出貨量約為100億顆，95%中國(guó)設(shè)計(jì)的SoC芯片都是基于ARM的CPU技術(shù)。ARM架構(gòu)處理器在智能手機(jī)芯片、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)微控制器等領(lǐng)域占到90%以上市場(chǎng)份額。

近段時(shí)間，國(guó)內(nèi)一家聚焦于嵌入式CPU技術(shù)的公司國(guó)芯科技申請(qǐng)科創(chuàng)板上市獲得受理，引起業(yè)界的關(guān)注。這家公司自設(shè)立以來，持續(xù)專注于國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，2006年實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU累計(jì)上百萬顆應(yīng)用，2008年實(shí)現(xiàn)累計(jì)上千萬顆應(yīng)用，2015年實(shí)現(xiàn)累計(jì)上億顆應(yīng)用，為國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)先企業(yè)之一。

截至2020年6月末，國(guó)芯科技已累計(jì)為超過80家客戶提供超過110次的CPU IP授權(quán)，在信息安全、汽車電子和工業(yè)控制、邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信等關(guān)鍵領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)芯片的安全自主可控和國(guó)產(chǎn)化替代提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

國(guó)芯科技可提供8大系列40余款CPU IP核

國(guó)芯科技的業(yè)務(wù)主要分為三大部分，包括提供IP授權(quán)、芯片定制服務(wù)和自主芯片及模組產(chǎn)品。從其營(yíng)業(yè)收入來看，自主芯片及模組產(chǎn)品業(yè)務(wù)占比較大，2020年1-6月間，該業(yè)務(wù)占比為41.93%，其他兩項(xiàng)業(yè)務(wù)芯片定制服務(wù)和IP授權(quán)業(yè)務(wù)分別占比39.54%和18.53%。

國(guó)芯科技上述三大業(yè)務(wù)以其自主可控的嵌入式CPU技術(shù)為基礎(chǔ)，互相之間有所聯(lián)系。

IP授權(quán)業(yè)務(wù)：國(guó)芯科技將自主可控的嵌入式CPU內(nèi)核及其SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)授權(quán)給客戶使用，并向客戶提供相關(guān)的全套技術(shù)文件資料，供其進(jìn)行后續(xù)的芯片設(shè)計(jì)與量產(chǎn)。

嵌入式CPU內(nèi)核方面，國(guó)芯科技基于M*Core、PowerPC和RISC-V三大指令集，設(shè)計(jì)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的8大系列40余款CPU核。

SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)方面，國(guó)芯科技通過基于自主可控的嵌入式CPU核、自主研發(fā)的外圍應(yīng)用IP模塊并結(jié)合外部采購(gòu)的部分外圍IP模塊，建立了面向信息安全、汽車電子和工業(yè)控制、邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信三大SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，可以幫助客戶快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)，提升客戶設(shè)計(jì)效率，有效減少客戶產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。

芯片定制服務(wù)：國(guó)芯科技基于自主可控的嵌入式CPU內(nèi)核和面向應(yīng)用的SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，為客戶提供定制芯片設(shè)計(jì)服務(wù)與定制芯片量產(chǎn)服務(wù)。

定制芯片設(shè)計(jì)服務(wù)主要指公司基于自主可控的嵌入式CPU核與SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，根據(jù)客戶在芯片功能、性能、功耗、成本等方面的定制化需求，進(jìn)行芯片定義與芯片設(shè)計(jì)，形成版圖后由公司或者客戶委托晶圓廠、封裝測(cè)試廠進(jìn)行晶圓生產(chǎn)與封裝測(cè)試，并最終向客戶交付通過測(cè)試、驗(yàn)證的樣片。

定制芯片量產(chǎn)服務(wù)指公司根據(jù)客戶的需求，依據(jù)其提供的版圖或者樣片，為其提供量產(chǎn)服務(wù)，并向其交付合格的晶圓或者芯片產(chǎn)品。

自主芯片及模組產(chǎn)品：國(guó)芯科技的自主芯片及模組產(chǎn)品以信息安全類產(chǎn)品為主，聚焦于“云”到“端”的安全應(yīng)用，覆蓋云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能存儲(chǔ)、工業(yè)控制和金融電子等關(guān)鍵領(lǐng)域，以及服務(wù)器、汽車和智能終端等重要產(chǎn)品。

根據(jù)招股書顯示，國(guó)芯科技此次公開發(fā)行股票所募集的資金將用于云-端信息安全芯片設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、基于于C*CoreCPU核的SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、基于RISC-V架構(gòu)的CPU內(nèi)核設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

嵌入式CPU IP授權(quán)領(lǐng)域 Arm一家獨(dú)大

嵌入式CPU是指嵌入在SoC芯片中負(fù)責(zé)控制信息處理和運(yùn)行軟件程序的IP核，為SoC芯片的控制和運(yùn)算核心。嵌入式CPU與普通臺(tái)式計(jì)算機(jī)的CPU設(shè)計(jì)在基本原理上相似，但要求功耗低、性能高、面積小、應(yīng)用適應(yīng)性強(qiáng)，需綜合兼顧功耗、性能和成本等指標(biāo)要求，因此嵌入式CPU的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需要實(shí)現(xiàn)系列化、定制化和平臺(tái)化。

嵌入式CPU的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度高，長(zhǎng)期以來為國(guó)外龍頭企業(yè)所壟斷。技術(shù)層面，嵌入式CPU技術(shù)主要涉及CPU指令集、CPU內(nèi)核與SoC芯片三個(gè)層次。

微架構(gòu)設(shè)計(jì)為嵌入式CPU最核心的技術(shù)之一，決定了嵌入式CPU內(nèi)核的性能、功耗等核心指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外絕大部分芯片設(shè)計(jì)企業(yè)通過購(gòu)買取得成熟嵌入式CPU內(nèi)核授權(quán)的方式進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，少數(shù)國(guó)際頂級(jí)芯片設(shè)計(jì)企業(yè)如高通、蘋果等通過獲得指令集授權(quán)，自行設(shè)計(jì)嵌入式CPU內(nèi)核。

由于嵌入式CPU微架構(gòu)設(shè)計(jì)具有較高的技術(shù)門檻和生態(tài)系統(tǒng)要求，目前全球僅有ARM、SiFive等少數(shù)巨頭具備長(zhǎng)期投入嵌入式CPU的設(shè)計(jì)研發(fā)能力，并對(duì)外開展授權(quán)業(yè)務(wù)。國(guó)內(nèi)能兼容主流指令集、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)嵌入式CPU微架構(gòu)設(shè)計(jì)能力的研發(fā)單位除國(guó)芯科技外，主要為龍芯中科和平頭哥。

ARM是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體IP供應(yīng)商，主要設(shè)計(jì)開發(fā)嵌入式CPUIP以及相關(guān)技術(shù)和軟件，截至2018年末，ARM架構(gòu)的芯片在全球手機(jī)市場(chǎng)上的份額超過90%，為全球嵌入式CPUIP授權(quán)市場(chǎng)龍頭企業(yè)。

SiFive成立于2015年，是全球領(lǐng)先的商用RISC-V處理器IP和硅解決方案的供應(yīng)。SiFive推出了基于RISC-V架構(gòu)的多種嵌入式CPUIP，覆蓋多性能多場(chǎng)景的處理器設(shè)計(jì)需求。

龍芯是我國(guó)最早研制的高性能通用處理器系列，于2001年在中科院計(jì)算所開始研發(fā)。2010年，龍芯中科技術(shù)有限公司正式成立并開始市場(chǎng)化運(yùn)作。龍芯中科致力于龍芯系列CPU設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)。

平頭哥是阿里全資的半導(dǎo)體芯片業(yè)務(wù)主體，主要針對(duì)下一代云端一體芯片新型架構(gòu)開發(fā)數(shù)據(jù)中心和嵌入式IoT芯片產(chǎn)品。平頭哥從云和端兩個(gè)方面進(jìn)行軟硬深度協(xié)同的技術(shù)創(chuàng)新，目標(biāo)是讓數(shù)據(jù)和計(jì)算更普惠，持續(xù)拓展數(shù)據(jù)技術(shù)的邊界。

嵌入式CPU未來市場(chǎng)前景可期

SoC芯片在嵌入式CPU內(nèi)核的基礎(chǔ)上集成了片上Flash、RAM以及各種功能電路模塊等外圍器件。SoC芯片的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各大領(lǐng)域，包括智能手機(jī)、平板電腦、智能家電、智能家居等消費(fèi)級(jí)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全、汽車電子、工業(yè)控制與自動(dòng)化、智能電網(wǎng)、高鐵、電力等工業(yè)級(jí)領(lǐng)域，以及物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)空間巨大。

未來，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的技術(shù)迭代優(yōu)化、工業(yè)自動(dòng)化與智能化程度的提升、5G商用化進(jìn)程的推進(jìn)將帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域的爆發(fā)，SoC芯片應(yīng)用前景可期。作為SoC芯片的核心與基礎(chǔ)，嵌入式CPU具有廣闊的市場(chǎng)空間與長(zhǎng)期向好的市場(chǎng)前景。

以SoC芯片中主要的通用性芯片產(chǎn)品MCU為例，根據(jù)ICinsights數(shù)據(jù)，在經(jīng)歷2016年MCU市場(chǎng)規(guī)模和出貨量衰退后，MCU市場(chǎng)規(guī)模和出貨量大幅提高。MCU市場(chǎng)規(guī)模在2019年增長(zhǎng)9.3%至204億美元，2019年MCU出貨量也從2018年306億顆上升到342億顆，增長(zhǎng)幅度達(dá)11.7%。預(yù)計(jì)到2022年MCU市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到239億美元，出貨量達(dá)到438億顆。

另外嵌入式CPU國(guó)產(chǎn)替代需求強(qiáng)烈。中國(guó)是全世界最大的半導(dǎo)體消費(fèi)國(guó)家，但自給率仍然處于較低水平，特別是在高端核心芯片領(lǐng)域，自給率程度極低。部分核心領(lǐng)域，例如CPU、GPU、FPGA芯片等方面，國(guó)產(chǎn)化程度較低。嵌入式CPU應(yīng)用的典型領(lǐng)域，如工業(yè)應(yīng)用MCU等自給率僅有2%。

在中美貿(mào)易摩擦日趨激烈的背景下，作為其中重要組成部分的嵌入式CPU，其國(guó)產(chǎn)化替代已刻不容緩。特別是對(duì)于自主可控要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合，如信息安全、汽車電子和工業(yè)控制、邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)通信等關(guān)鍵領(lǐng)域，對(duì)自主可控國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU的需求更為強(qiáng)勁和迫切。

從供給端看，國(guó)內(nèi)本土廠商進(jìn)行SoC芯片設(shè)計(jì)，絕大多數(shù)依靠國(guó)際主流嵌入式CPU廠商提供的成熟CPUIP授權(quán)。在國(guó)家重大需求和關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，直接使用國(guó)際廠商的嵌入式CPU核存在發(fā)展路徑受制于人、自主可控性差等問題，因此基于自主可控和供應(yīng)鏈安全的要求，急需實(shí)現(xiàn)嵌入式CPU的國(guó)產(chǎn)化替代。

可見，國(guó)芯科技、平頭哥等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、深厚技術(shù)積累、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較為成熟的國(guó)產(chǎn)嵌入式CPU廠商將迎來廣闊的發(fā)展空間。